అర్ధవాహక పరికరాలు

అర్ధవాహక పరికరాలు (Semiconductor devices) అనేవి ఆధునిక ఎలక్ట్రానిక్స్‌కు వెన్నెముక. ఈ అధ్యాయంలో, పదార్థాలలోని శక్తి పట్టీలు (energy bands) ఆధారంగా వాహకాలు, అర్ధవాహకాలు, బంధకాల మధ్య తేడాలను తెలుసుకుంటాం. అంతర్గత (intrinsic) మరియు బాహ్య (extrinsic) అర్ధవాహకాలు, p-n జంక్షన్ (p-n junction) డయోడ్‌ల నిర్మాణం, వాటి పనితీరు, రెక్టిఫైయర్లు (rectifiers), ట్రాన్సిస్టర్లు (transistors) మరియు లాజిక్ గేట్ల (logic gates) గురించి వివరంగా చర్చిస్తాము.

ఈ అధ్యాయంలోని ముఖ్యమైన సూత్రాలు: 1. p-n జంక్షన్ డయోడ్ కరెంట్ (Current): I = I₀ (e^(eV/ηkT) - 1). ఇక్కడ I₀ అనేది రివర్స్ సంతృప్త కరెంట్ (reverse saturation current). 2. ట్రాన్సిస్టర్ కరెంట్ లాభం (Current gain) (సాధారణ ఉద్గారిణి - CE): β = I_C / I_B. (I_C = కలెక్టర్ కరెంట్, I_B = బేస్ కరెంట్). 3. అర్ధ తరంగ రెక్టిఫైయర్ సామర్థ్యం (Half-wave rectifier efficiency): η = 40.6%. 4. పూర్తి తరంగ రెక్టిఫైయర్ సామర్థ్యం (Full-wave rectifier efficiency): η = 81.2%. 5. కొన్ని లాజిక్ గేట్ల బూలియన్ వ్యక్తీకరణలు (Boolean expressions): AND: Y = A • B; OR: Y = A + B; NOT: Y = A̅.

ప్ర: కింది వాటిలో ఏది n-రకం అర్ధవాహకానికి (n-type semiconductor) సరైనది? (A) అంగీకార (acceptor) మలినాలను కలిగి ఉంటుంది. (B) రంధ్రాలు (holes) మెజారిటీ వాహకాలుగా ఉంటాయి. (C) డోనార్ (donor) మలినాలను కలిగి ఉంటుంది. (D) తక్కువ నిరోధకత (resistivity) కలిగి ఉంటుంది మరియు రంధ్రాలు మెజారిటీ వాహకాలుగా ఉంటాయి. జ: (C) n-రకం అర్ధవాహకాలను తయారు చేయడానికి, సమయోజనీయ బంధాలలో (covalent bonds) నాలుగు ఎలక్ట్రాన్లతో పాటు ఐదవ అదనపు ఎలక్ట్రాన్‌ను అందించే డోనార్ మలినాలను (ఉదా: ఫాస్ఫరస్, ఆర్సెనిక్) స్వచ్ఛమైన అర్ధవాహకానికి (ఉదా: సిలికాన్) కలుపుతారు. దీని వలన ఎలక్ట్రాన్లు మెజారిటీ ఛార్జ్ వాహకాలుగా మారతాయి.

⚠ సాధారణ తప్పు: p-n జంక్షన్ డయోడ్ ఫార్వర్డ్ బయాస్‌లో (forward bias) చిన్న నిరోధకతను (resistance) కలిగి ఉంటుందని, రివర్స్ బయాస్‌లో (reverse bias) చాలా ఎక్కువ నిరోధకతను కలిగి ఉంటుందని సరిగ్గా గుర్తించకపోవడం. కొన్నిసార్లు రివర్స్ బయాస్‌లో కరెంట్ సున్నా అని తప్పుగా భావిస్తారు, కానీ వాస్తవానికి రివర్స్ సంతృప్త కరెంట్ (reverse saturation current) చాలా తక్కువగా ప్రవహిస్తుంది. ⚠ సాధారణ తప్పు: n-రకం అర్ధవాహకంలో మెజారిటీ వాహకాలు రంధ్రాలు (holes) అని, p-రకంలో ఎలక్ట్రాన్‌లు (electrons) అని తప్పుగా అనుకోవడం. వాస్తవానికి n-రకంలో ఎలక్ట్రాన్‌లు, p-రకంలో రంధ్రాలు మెజారిటీ వాహకాలు. ⚠ సాధారణ తప్పు: ట్రాన్సిస్టర్ ఉద్గారిణి (emitter), బేస్ (base), కలెక్టర్ (collector) ప్రాంతాల సాపేక్ష పరిమాణం, డోపింగ్ సాంద్రతను (doping concentration) అయోమయం చేసుకోవడం. ఉద్గారిణి భారీగా డోప్ చేయబడి, మధ్యస్థ పరిమాణంలో ఉంటుంది, బేస్ తేలికగా డోప్ చేయబడి సన్నగా ఉంటుంది, కలెక్టర్ మధ్యస్థంగా డోప్ చేయబడి పెద్దదిగా ఉంటుంది.

NEET 2022-2024: 2-3 ప్రశ్నలు. గత పేపర్లలో p-n జంక్షన్ డయోడ్ లక్షణాలు, జెనర్ డయోడ్ వోల్టేజ్ రెగ్యులేటర్, లాజిక్ గేట్స్ మరియు ట్రాన్సిస్టర్ ఆంప్లిఫైయర్ అనువర్తనాలు అధికంగా అడిగారు.